Здание храма представляет собой одноглавый бесстолпный храм с тремя апсидами разной высоты и звонницей на западной стене. Внутреннее и внешнее убранство храма выполнено с участием художников Василия Поленова, Ильи Репина, Михаила Врубеля и скульптора Марка Антокольского, а также членов семьи Мамонтовых. Они создали двухъярусный иконостас, киоты, расписали оконные проёмы и люнеты, а также сделали бетонный пол с мозаичным орнаментом.
В 1882 году храм был освящён. В 1892 году для отопления здания установили печь, изготовленную по рисунку Михаила Врубеля. В этом же году западный угол паперти был перестроен в часовню над могилой сына Мамонтова — Андрея. Позднее у стен церкви были похоронены дочь Мамонтовых Вера, Елизавета Григорьевна Мамонтова, внук Мамонтовых и сын Веры Сергей, а также сам Савва Мамонтов.
После революции 1917 года церковь была передана в ведение музея. В 1970-х годах живопись и элементы декора Спасского храма были отреставрированы под руководством Галины Духаниной. В настоящее время церковь приписана к храму Ахтырской иконы Божией Матери усадьбы Ахтырка. Богослужения проводятся по церковным праздникам и памятным для Абрамцева дням.